Diversi anni fa era stato previsto che non appena l'Hadron Collider fosse stato messo in funzione, sarebbe arrivata la fine del mondo. Questo enorme acceleratore di protoni e ioni, costruito presso il CERN svizzero, è giustamente riconosciuto come la più grande struttura sperimentale del mondo. È stato costruito da decine di migliaia di scienziati provenienti da molti paesi del mondo. Si può veramente definire un'istituzione internazionale. Tuttavia, tutto è iniziato ad un livello completamente diverso, prima di tutto, per poter determinare la velocità del protone nell'acceleratore. Si tratta della storia della creazione e delle fasi di sviluppo di tali acceleratori che saranno discussi di seguito.
Cronologia iniziale
Dopo che è stata scoperta la presenza di particelle alfa e che i nuclei atomici hanno iniziato a essere studiati direttamente, le persone hanno iniziato a provare a sperimentarle. All'inizio, qui non si parlava di acceleratori di protoni, poiché il livello della tecnologia era relativamente basso. La vera era della creazione della tecnologia degli acceleratori è iniziata solo nel30 del secolo scorso, quando gli scienziati iniziarono a sviluppare intenzionalmente schemi di accelerazione delle particelle. Due scienziati del Regno Unito furono i primi a progettare uno speciale generatore di tensione CC nel 1932, che permise agli altri di iniziare l'era della fisica nucleare, che divenne possibile nella pratica.
L'aspetto del ciclotrone
Il ciclotrone, ovvero il nome del primo acceleratore di protoni, apparve come idea allo scienziato Ernest Lawrence nel 1929, ma riuscì a progettarlo solo nel 1931. Sorprendentemente, il primo campione era abbastanza piccolo, solo una dozzina di centimetri di diametro, e quindi poteva accelerare solo leggermente i protoni. L'intero concetto del suo acceleratore era di utilizzare non un campo elettrico, ma magnetico. L'acceleratore di protoni in tale stato non mirava ad accelerare direttamente le particelle con carica positiva, ma a curvare la loro traiettoria in uno stato tale da farle volare in cerchio in uno stato chiuso.
Questo è ciò che ha permesso di creare un ciclotrone, costituito da due semidischi cavi, all'interno dei quali ruotavano i protoni. Tutti gli altri ciclotroni erano basati su questa teoria, ma per ottenere molta più potenza, diventavano sempre più ingombranti. Negli anni '40, la dimensione standard di un tale acceleratore di protoni iniziò a eguagliare gli edifici.
Fu per l'invenzione del ciclotrone che Lawrence ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1939.
Sincrofasotroni
Tuttavia, mentre gli scienziati hanno cercato di rendere l'acceleratore di protoni più potente,I problemi. Spesso erano puramente tecnici, poiché i requisiti per il mezzo risultante erano incredibilmente elevati, ma in parte erano dovuti al fatto che le particelle semplicemente non acceleravano come richiesto da esse. Una nuova svolta nel 1944 fu fatta da Vladimir Veksler, che inventò il principio dell'autofasatura. Sorprendentemente, lo scienziato americano Edwin Macmillan fece lo stesso un anno dopo. Hanno proposto di regolare il campo elettrico in modo che influenzi le particelle stesse, se necessario, regolandole o, al contrario, rallentandole. Ciò ha permesso di mantenere il movimento delle particelle sotto forma di un unico grappolo e non una massa sfocata. Tali acceleratori sono chiamati sincrofasotrone.
Collider
Affinché l'acceleratore acceleri i protoni all'energia cinetica, iniziarono a essere necessarie strutture ancora più potenti. È così che sono nati i collisori, che funzionavano utilizzando due fasci di particelle che ruotavano in direzioni opposte. E poiché erano posizionati l'uno verso l' altro, le particelle si sarebbero scontrate. L'idea è nata nel lontano 1943 dal fisico Rolf Wideröe, ma non è stato possibile svilupparla fino agli anni '60, quando sono apparse nuove tecnologie in grado di eseguire questo processo. Ciò ha permesso di aumentare il numero di nuove particelle che sarebbero apparse come risultato della collisione.
Tutti gli sviluppi negli anni successivi hanno portato direttamente alla costruzione di un enorme impianto: il Large Hadron Collider nel 2008, che nella sua struttura è un anello lungo 27 chilometri. Si crede chesono gli esperimenti in esso effettuati che aiuteranno a capire come si è formato il nostro mondo e la sua struttura profonda.
Lancio del Large Hadron Collider
Il primo tentativo di mettere in funzione questo collisore è stato fatto nel settembre 2008. Il 10 settembre è considerato il giorno del suo lancio ufficiale. Tuttavia, dopo una serie di test riusciti, si è verificato un incidente - dopo 9 giorni si è guastato e quindi è stato costretto a chiudere per riparazioni.
Nuovi test sono iniziati solo nel 2009, ma fino al 2014 la struttura ha funzionato a bassissima energia per evitare ulteriori guasti. Fu in quel momento che fu scoperto il bosone di Higgs, che provocò un'impennata nella comunità scientifica.
Al momento, quasi tutte le ricerche sono in corso nel campo degli ioni pesanti e dei nuclei leggeri, dopodiché l'LHC sarà nuovamente chiuso per ammodernamento fino al 2021. Si ritiene che sarà in grado di funzionare fino al 2034 circa, dopodiché ulteriori ricerche richiederanno la creazione di nuovi acceleratori.
Il dipinto di oggi
Al momento, il limite di progettazione degli acceleratori ha raggiunto il suo apice, quindi l'unica opzione è creare un acceleratore di protoni lineare simile a quelli attualmente utilizzati in medicina, ma molto più potente. Il CERN ha cercato di ricreare una versione in miniatura del dispositivo, ma non ci sono stati progressi evidenti in quest'area. Questo modello di collisore lineare è progettato per essere collegato direttamente all'LHC per provocarela densità e l'intensità dei protoni, che saranno poi diretti direttamente nel collisore stesso.
Conclusione
Con l'avvento della fisica nucleare, iniziò l'era dello sviluppo degli acceleratori di particelle. Hanno attraversato numerose fasi, ognuna delle quali ha portato numerose scoperte. Ora è impossibile trovare una persona che non abbia mai sentito parlare del Large Hadron Collider in vita sua. Viene menzionato in libri, film, predicendo che aiuterà a rivelare tutti i segreti del mondo o semplicemente a metterlo fine. Non si sa con certezza a cosa porteranno tutti gli esperimenti del CERN, ma con l'uso di acceleratori, gli scienziati sono stati in grado di rispondere a molte domande.
